Page 88 - 《应用声学》2021年第5期

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究分析了内波环境下声源位置对于传播损失的影
0 引言
响，还发现孤立子内波经过声源时会发生较规律的
声场的时空相关特性是声学研究的一个重要 起伏，并用三维模型研究了孤立子内波对水平阵波
束形成的影响。
方向，认识和利用声信号的时空相关性对于水下目
综上所述，浅海中内波的存在会极大地影响声
标探测、通信等设备的研制及应用有重要意义。内
波的分布范围相当广泛，在世界各大洋和边缘海域 场的时间相关半径。中国科学院声学研究所的相关
都有内波存在 [1] 。内波在海洋中的传播会引起水声 工作人员于 2015 年在南中国海北部海域开展了为
期 4 天的定点收发起伏实验，获得了宝贵的实验数
信道特征随时间的变化，从而导致声信号的时间相
据，针对此次实验数据，通过统计方法研究线性内
关性变差。内波引起声场时间相关性的相关研究也
波与孤立子内波期间声场时间相关半径的统计特
是当今的热点问题。
Yoo 等 [2] 利用 SWARM95 实验水文环境，数 性，同时拟合线性内波期间声场时间相关半径与声
速标准差关系式。
值仿真了存在内波时的匹配场时间相关。Huang
等 [3] 在ASIAEX2001东中国海实验水文环境下，仿
1 南中国海北部海域声传播起伏实验
真了内波对声场时间相关的影响，对比实验结果
解释了引起时间相关下降的原因是同时存在线 1.1 实验介绍
性内波和孤立子内波。李整林等 [4−5] 研究表明内 南中国海是内波频发的海域，实验海域位于东
波的存在降低了匹配场的定位性能。Yoo [6] 利用 沙群岛西南方向，整体海深变化很小，平均海深约
SWARM95 水文数据，通过数值仿真研究了浅海 109 m，实验期间海况良好。
内波环境下宽带信号的时间相关半径与声源中心 如图 1 所示，实验中有 3 个固定仪器布放站
频率、声源 -接收距离的关系，结果表明与深海情 点。S 1 点海深为 111 m，布放了发射潜标和温度

况一致。Yang [7−8] 对 4 次实验数据 (ADVENT99、 链；O 1 点海深为 105 m，布放了接收潜标和温度链，
ASCOT01、SWARM95、RAG03)进行分析，得到了
信号相干时间与声源频率和收发距离的关系，结果
6.5 km H 
表明相干时间与声源频率的 −3/2 次方成正比，与 O 
收发距离的 −1/2 次方成正比。季桂花 [9] 利用 1996
年中美远黄海实验和 ASIAEX2001 南中国海实验 14.8 km 14.4 km
数据进行数值仿真分析，发现存在线性内波的两 ЯฉவՔ
ܦູ 0.77m/s
种浅海水文条件下匹配场时间相关长度与内波引 ଌஆ᫼
S 
起的声速标准差之间的关系相近。任云利用 ASI- ພएᩗ
AEX2001 南中国海实验和 2009 年6 月南中国海实 (a) ࠄᰎባགᄱࠫͯᎶᇨਓڏ
验的水文数据，研究了浅海中孤立子内波对声场时
0
间相关性的影响，结果表明声传播路径上大振幅非 ๒᭧
20
线性内波是导致声场时间相关半径下降的重要原
40
因，并拟合了声场时间相关半径与声速标准差、收 ๒ງ/m 60
发距离的关系式 [10] 。张海青 [11] 通过对AEYFI+05
80 ଌஆۇᄰ᫼
黄海实验数据处理分析，发现 1 号简正波的传播时 ܦູ
100 ๒अ
间起伏谱可反映 M2 潮变化，另外对实验数据处理
0 2 4 6 8 10 12 14
发现某时段个别水听器有强起伏，并用理论解释了 ᡰሏ/km
实验现象。于彬等 [12] 通过对 ASIAEX2001 数据处 (b) ࠄᰎԧ࠱ଌஆဗܒᇨਓڏ
理以及数值仿真，研究了声源深度对声场时间相关
图 1 实验设备布防与收发环境示意图
的影响，当有强孤立子内波经过传播路径时，声源 Fig. 1 The locations of instrument deployed and
深度越深，匹配场时间相关半径越大。马树青 [13] 研 experimental launch-reception environment